摘要：關(guān)家河灘水電站前期投資小、運(yùn)行成本低、投資回收年限短、電站自動(dòng)化和繼電保護(hù)系統(tǒng)的水平與當(dāng)前的國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)為原則，電氣設(shè)計(jì)從電氣主接線方式、電氣主接線、自動(dòng)控制、通信、電氣設(shè)備布置等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),達(dá)到既安全、又經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。

        關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)原則;優(yōu)化設(shè)計(jì);電氣設(shè)計(jì);自動(dòng)化方案

　　1工程概況

　　關(guān)家河灘水電站位于青海省民和縣與甘肅省蘭州市紅古區(qū)以河為界的湟水河干流上，為徑流河床式開發(fā)，屬大流量低水頭電站，電站設(shè)計(jì)發(fā)電流量257m3/s，設(shè)計(jì)水頭9.14m，裝機(jī)容量20MW，多年平均發(fā)電量8664萬(wàn)kW.h，年利用小時(shí)數(shù)4332h，保證出力4.34MW，屬小⑴型Ⅳ等工程。

　　2接入電力系統(tǒng)方式

　　關(guān)家河灘電站接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)初定為110kV，綜合裝機(jī)容量、水電站的季節(jié)性出力，以及本地區(qū)電網(wǎng)布局的銜接，設(shè)計(jì)認(rèn)為以110kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)基本合理，也兼顧了水電站送出的經(jīng)濟(jì)性。電站選用1回110kV線路送出至民和110kV變電所，110kV輸電線路長(zhǎng)約3.5km。

　　3電氣主接線電力系統(tǒng)對(duì)該電站無(wú)特殊要求(如調(diào)相等)，電氣設(shè)計(jì)應(yīng)保證電站機(jī)組在事故或故障情況下，不會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和正常運(yùn)行。單機(jī)容量為10MW,總裝機(jī)容量20MW，多年平均年發(fā)電量8664萬(wàn)kW.h，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)4332h，電站保證出力4.34MW。電站主接線的設(shè)計(jì)原則應(yīng)是簡(jiǎn)單、清晰、經(jīng)濟(jì)、可靠。根據(jù)電站接入系統(tǒng)方式及關(guān)家河灘水電站總裝機(jī)容量(2×10MW)進(jìn)行電氣主接線方案的選擇。發(fā)電機(jī)側(cè)電壓：?jiǎn)螜C(jī)容量為10MW，發(fā)電機(jī)出口電壓選用6.3kV電壓等級(jí)。根據(jù)進(jìn)、出線回路數(shù)110kV側(cè)采用變壓器-線路組接線方式。

　　4自動(dòng)控制

　　4.1監(jiān)控方式

　　為了滿足電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的需要，充分發(fā)揮電站的經(jīng)濟(jì)效益，確保電站安全、可靠運(yùn)行，本電站初步考慮采用以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)，按無(wú)人值班(少人值守)的原則設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全廠綜合自動(dòng)化。正常運(yùn)行情況下，全廠設(shè)備的監(jiān)視控制完全依靠計(jì)算機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出操作指令，通過(guò)現(xiàn)地執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行。

　　包括水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、機(jī)組事故的自動(dòng)處理、全廠斷路器、隔離開關(guān)及機(jī)組滅磁開關(guān)等的自動(dòng)操作;以及電站運(yùn)行必需的反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的模擬量和開關(guān)量的信息反饋均由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行處理。在機(jī)旁以現(xiàn)地控制單元LCU取代常規(guī)的機(jī)組自動(dòng)屏，保證在監(jiān)控系統(tǒng)一旦退出工作后，已運(yùn)行的機(jī)組仍能維護(hù)運(yùn)行，停機(jī)狀態(tài)下的機(jī)組也能開機(jī)運(yùn)行或進(jìn)行調(diào)試工作。

　　4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　采用分層分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)中央控制層和單元控制層。中央控制層配置2臺(tái)工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)和一套通訊管理機(jī)，管理電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)，自動(dòng)電壓控制(AVC)、全廠數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)保存、運(yùn)行報(bào)表打印、運(yùn)行監(jiān)視和事件報(bào)警、與外系統(tǒng)的通信、并作為操作員控制臺(tái)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)接口，完成實(shí)時(shí)的監(jiān)視與控制。每臺(tái)機(jī)組設(shè)一套現(xiàn)地控制單元LCU，完成數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、控制開關(guān)量輸出和有無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。

　　110kV升壓站及公用設(shè)備設(shè)一套現(xiàn)地控制單元LCU，承擔(dān)數(shù)據(jù)采集和開關(guān)的自動(dòng)操作任務(wù)。每套LCU可以接收上位機(jī)系統(tǒng)的控制和管理，也可以脫離上位機(jī)系統(tǒng)而獨(dú)立地完成對(duì)現(xiàn)地設(shè)備的監(jiān)視和控制。各現(xiàn)地單元LCU通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器(FOXCR)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)器(HUB)用光纖電纜連接，構(gòu)成總線型以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)。

　　4.3機(jī)組勵(lì)磁

　　采用自并激可控硅勵(lì)磁方式，其中調(diào)節(jié)部分采用微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通用性、靈活性強(qiáng);具有向上兼容性和通信能力;檢修、調(diào)試、維護(hù)工作量少;由完全獨(dú)立的兩套自動(dòng)控制通道組成，且互為備用;對(duì)電源故障、軟、硬件故障具有自動(dòng)檢測(cè)和顯示功能，并具有軟件故障自恢復(fù)功能;邏輯判別回路簡(jiǎn)單明了，故障率低，操作中不易出現(xiàn)失誤等。

　　無(wú)論從技術(shù)性能，日常的維護(hù)工作量，運(yùn)行可靠性等方面比較，優(yōu)勢(shì)明顯，既能滿足電力系統(tǒng)不同運(yùn)行工況的要求，也能適應(yīng)機(jī)組的計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)控制。采用遠(yuǎn)方與現(xiàn)地控制并聯(lián)運(yùn)行操作方式。遠(yuǎn)方操作，操作員可在中控室通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)起停、滅磁開關(guān)跳合，起勵(lì)以及勵(lì)磁電壓升降調(diào)節(jié)等操作，勵(lì)磁系統(tǒng)接收并執(zhí)行遠(yuǎn)方發(fā)來(lái)的操作調(diào)節(jié)指令，并將結(jié)果反饋到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)地操作，通過(guò)勵(lì)磁盤面上的開關(guān)和按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)上述操作。勵(lì)磁系統(tǒng)接收操作指令后，在中控室操作終端LCD畫面及現(xiàn)地勵(lì)磁屏上顯示勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)量參數(shù)。

　　4.4自動(dòng)化元件

　　機(jī)組自動(dòng)化元件配置和選型滿足無(wú)人值班(少人值守)對(duì)自動(dòng)化和安全監(jiān)控提出的要求，須滿足由一個(gè)操作指令即可完成機(jī)組工況的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

　　5通信關(guān)家河灘電站為河床式水電站，設(shè)置2臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量為22.22MW。水電站通信采用電力線載波方式，設(shè)備分室內(nèi)、室外布置，通信室內(nèi)布置電力線載波機(jī)1臺(tái);室外設(shè)備布置高頻阻波器，藕合電容器，結(jié)合濾波器，接地刀閘布置在110kV輸電線路一回相線上懸掛設(shè)置，最后由高頻電纜引入通信室內(nèi)與電力線載波機(jī)相連。

　　根據(jù)本電站的實(shí)際情況，設(shè)置一臺(tái)生產(chǎn)行政、調(diào)度合二為一的新型數(shù)字程控調(diào)度機(jī)，容量選為20門，型號(hào)為DN-S型機(jī)。調(diào)度機(jī)的用戶線與中繼線根據(jù)需要配置。電站行政電話通信用戶分廠內(nèi)、廠外兩種。為保證通信暢通，通信電源必須穩(wěn)定可靠。初選一套48V100Ah直流電源。設(shè)置交、直流配電屏，整流充電屏，蓄電池屏。交流配電采用雙回路供電，電源取自廠用電的不同母線段。全站綜合音頻通信網(wǎng)全部采用電纜直接配線，網(wǎng)絡(luò)的配線滿足音頻線路的傳輸標(biāo)準(zhǔn)和串音標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　6電氣設(shè)備布置

　　6.1主廠房布置

　　主廠房1727.40m高程，每臺(tái)機(jī)組下游側(cè)布置有機(jī)組勵(lì)磁屏、機(jī)組自動(dòng)LCU屏、機(jī)組測(cè)溫制動(dòng)屏、機(jī)旁動(dòng)力柜、機(jī)組油壓PLC屏等。機(jī)旁屏呈“一”字形布置。

　　6.2副廠房布置

　　副廠房位于主廠房下游側(cè)，高程為1727.40m。副廠房設(shè)兩層，上層為水電站控制設(shè)備層;下層為電纜夾層。

　　6.3升壓站布置

　　升壓站布置于主廠房下游側(cè)，地面高程為1727.40m。升壓站布置1臺(tái)升壓變壓器，升壓站占地面積約為25.8m×17.75m。升壓站采用戶外中型布置，運(yùn)行、維護(hù)及檢修均較方便。進(jìn)、出線共1個(gè)間隔，進(jìn)出線構(gòu)架高10m。站側(cè)設(shè)有3.5m寬的運(yùn)輸通道。110kV出線為架空進(jìn)出線，主變低壓側(cè)與高壓開關(guān)柜之間的連接選用封閉母線。

　　7結(jié)論

　　電氣設(shè)計(jì)在滿足規(guī)范規(guī)程的前提下，根據(jù)業(yè)主方提供資料，關(guān)家河灘電站接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)初定為110kV，綜合裝機(jī)容量、水電站的季節(jié)性出力，以及本地區(qū)電網(wǎng)布局的銜接，設(shè)計(jì)認(rèn)為以110kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)基本合理，也兼顧了水電站送出的經(jīng)濟(jì)性。電站于投運(yùn)以來(lái),各種運(yùn)行工況較好,故障率低,業(yè)主較為滿意,設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期效果。

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　　水利方向期刊推薦：《水利科技與經(jīng)濟(jì)》水利高級(jí)職稱論文 是經(jīng)國(guó)家科委和國(guó)家新聞出版署批準(zhǔn)的、國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行的正式技術(shù)性期刊。該刊面向國(guó)內(nèi)和國(guó)際，是全面反映水利科技與經(jīng)濟(jì)技術(shù)類期刊，現(xiàn)已成為全國(guó)知名的水利行業(yè)期刊。本刊是哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、哈爾濱市水利學(xué)會(huì)主辦、哈爾濱市水務(wù)局主管的水利學(xué)科技術(shù)類期刊。